2019届北京专用高考物理一轮复习第四章曲线运动第5讲实验：探究平抛运动讲义.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,5,讲实验：探究平抛运动,知识梳理,实验装置,实验原理,平抛运动可以看做是两个分运动的合成:一是水平方向的,匀速直线,运动,其速度等于平抛物体运动的,初速度,;另一个是竖直方向,的,自由落体,运动。利用坐标纸记下做平抛运动的小球运动时的,若干不同位置,然后描出运动轨迹。测出曲线上任一点的坐标,x,和,y,利,用,x,=,v,0,t,和,y,=,gt,2,就可求出小球的水平分速度,即平抛物体的初速,度:,v,0,=,x,。,1.关于平抛运动的实验中,下列说法正确的有,(),A.此实验需测出小球的直径,B.小球从槽上滚下的位置可以不同,C.如斜槽末端,O,点的切线斜向下方,但实验者未发现,而误将小球的运动,当成平抛处理,这样求出的初速度将偏小,D.小球平抛运动的坐标系的原点,O,的位置应取在斜槽中凹下处的最低,点,C,答案,C在“研究平抛运动”的实验中,不需要测量小球直径,选用的,小球尽可能小些;每次小球要从同一位置由静止释放,才能保证每次平,抛的初速度相等,因实验时是通过记录小球多次平抛运动中在不同位置,的点,然后连成抛物线作为平抛的轨迹,这就要求每次平抛的轨迹重合,故每次的初速度要保证相等;所建的坐标系原点应在槽末端上方小球球,心处;如果末端切线不水平而斜向下,则小球在竖直方向有初速度,做自,由落体处理进行计算求得的时间比实际大,求出的水平速度将偏小。,2.在做“研究平抛物体的运动”的实验时,为了确定小球在不同时刻所,通过的位置,用如图所示的装置,将一块平木板钉上复写纸和白纸,竖直,立于槽口前某处且和斜槽所在的平面垂直,使小球从斜槽上紧靠挡板处,由静止滚下,小球撞在木板上留下点迹,A,;将木板向后移距离,x,再使小球,从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞在木板上留下点迹,B,;将木板再,向后移距离,x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,再得到点迹,C,。,若测得木板每次后移距离,x,=20.00 cm,A,、,B,间距离,y,1,=4.70 cm,B,、,C,间距,离,y,2,=14.50 cm。根据以上直接测得的物理量推导出小球初速度的计算,公式为,v,0,=,(用题中所给字母表示);小球初速度值为,2.00,m,/s。(,g,取9.80 m/s,2,结果保留三位有效数字),答案,x,2.00,解析,木板每次后移距离等效于平抛物体的水平位移大小,因而打,的,A,、,B,、,C,三点中相邻两点时间间隔相等,由,y,=,gt,2,得,t,=,所以初速,度,v,0,=,=,x,=,x,代入数据得,v,0,=2.00 m/s。,深化拓展,考点一,实验的注意事项,考点二,实验拓展,深化拓展,考点一实验的注意事项,1.注意事项,(1)实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平,方木板必须处在竖直,平面且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,并使小球的运动靠近木板,但不接触;,(2)小球必须每次从斜槽上同一位置滚下,为此在斜槽上固定一个挡板,每次都从挡板处无初速度地释放小球;,(3)坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小球在槽口,时球心在木板上的水平投影点;,(4)要在斜槽上适当的高度释放小球,使它水平抛出后其轨迹由木板左,上角到达右下角,这样可以减小测量误差;,(5)要在平抛轨迹上选取距,O,点远些的点来计算球的初速度,这样可使结,果的误差较小。,2.求小球平抛的初速度,(1)以,O,为坐标原点,用三角板在白纸上建立,xOy,坐标系。,(2)在轨迹上选取点,M,并测出它的坐标值(,x,y,),代入公式,v,=,x,/,计算水,平初速度。,(3)再在曲线上选取不同点,重复步骤(2),测量、计算水平初速度,最后求,出其平均值,即小球平抛初速度的测量值。,1-1在“研究平抛运动”的实验中:,(1)为使小球水平抛出,必须调整斜槽,使其末端的切线成水平方向,检查,方法是:,。,(2)确定小球抛出点即坐标原点,O,的方法是:把小球(设直径为,d,)放在平,直轨道的槽口处,用三角尺定出小球最高点在纸面上的投影,过投影点,作竖直线的垂线(即水平线),找出水平线和竖直线的交点,在交点之下,为坐标原点。,(3)验证实验得到的轨迹是否准确的一般方法是:,。,(4)某同学在做平抛物体的运动实验中,忘记记下斜槽末端的位置,O,。,A,为物体运动一段时间后的位置,根据如图所示图像,求出物体抛出点到,A,点的水平距离(,g,取10 m/s,2,)(),A.10 cmB.5 cm,C.20 cmD.不能确定,答案,(1)(2)(3)见解析(4)A,解析,(1)将小球轻放在斜槽末端,若小球不向任何一方滚动,说明斜槽,末端水平。,(2)坐标原点是小球静止于斜槽末端时,球心的位置,故在题中所指交点,下,处即坐标原点。,(3)在画出的,x,轴上从原点开始取相邻等距离的若干点,找出对应轨迹曲,线上的若干点,A,、,B,、,C,、,D,再找对应,y,轴上的点,a,、,b,、,c,、,d,测出,Oa,、,Ob,、,Oc,、,Od,各段的长度,若有,Oa,Ob,Oc,Od,=1,2,2,2,3,2,4,2,成立,则所画曲线较准确。,(4)由图可知,小球在通过相邻两段,AB,、,BC,时,水平位移相同。在竖直方,向上有,y,=0.25 m-0.15 m=,gT,2,所以,T,=0.1 s,故平抛初速度,v,=,=,m/s,=1.0 m/s。,设小球从抛出点到,A,点时间为,t,则,gtT,+,gT,2,=0.15 m,得,t,=0.1 s,x,=,vt,=0.1 m,=10 cm。,1-2如图所示,在研究平抛物体的运动的实验中,用一张印有小方格的,纸记录轨迹,每个小方格的边长,l,=1.25 cm。若小球在平抛运动途中的,几个位置为图中的,a,、,b,、,c,、,d,几点,则小球平抛的初速度的计算式为,v,0,=,2,(用,l,和,g,表示),其值是,0.70 m/s,小球在,b,点的速率,是,0.875 m/s,。(取,g,=9.8 m/s,2,),答案,2,0.70 m/s0.875 m/s,解析,因小球在水平方向的运动为匀速直线运动,由图中可看出相邻两,点的水平距离均为2,l,故每相邻两点之间的时间间隔是相等的,设为,T,由,于平抛运动在竖直方向是自由落体运动,在水平方向是匀速直线运动,根据运动学知识可知:,v,0,=,s,=,gT,2,其中,s,=3,l,-2,l,=2,l,-,l,=,l,所以,T,=,=,代入式得,v,0,=2,=0.70 m/s,小球运动到,b,点时的竖直分速度,v,y,=,=,(中间时刻的瞬时速度等,于整段时间的平均速度),小球在,b,点的速率,v,b,=,=0.875 m/s,考点二实验拓展,本实验可以从以下方面考虑拓展:,1.实验原理或方法的拓展;,2.实验装置的拓展。,2-1某同学设计了一个研究平抛运动的实验,其装置如图所示。,A,是,一块水平放置的平板,其上有一组平行插槽(如图中,P,0,P,0,、,P,1,P,1,、,P,2,P,2,、,),槽间距离均为,d,。将,P,0,P,0,置于斜槽末端的正下方,把贴有复写纸,和白纸的平板,B,垂直插入,P,1,P,1,槽内,使小球从斜槽某一位置,O,无初速度,释放,并从斜槽末端水平飞出,沿垂直,P,1,P,1,方向撞到,B,板的白纸上并留下,痕迹点1。之后将,B,板依次插入,P,2,P,2,、,P,3,P,3,插槽内,并分别向纸面内侧平,移距离,d,和2,d,让小球仍然从位置,O,无初速度释放,并从斜槽末端水平飞,出,沿垂直,P,1,P,1,方向撞到,B,板的白纸上并依次留下痕迹点2和3。忽略空,气阻力的影响,下列说法中正确的是,(),A.在,B,板白纸上留下的痕迹点1、2、3排成一条竖直的直线,B.在,B,板白纸上留下的痕迹点1、2之间和2、3之间的竖直距离相等,C.小球做平抛运动的过程中,每经过相等时间,其动能改变量的大小相,等,D.小球做平抛运动的过程中,每经过相等时间,其动量改变量的大小相,等,答案,D由于之后,B,板依次插入,P,2,P,2,、,P,3,P,3,插槽内,并分别向纸面内,侧平移距离,d,和2,d,可知痕迹点1、2、3不在一条竖直线上,故A错误。由,于小球竖直方向上做自由落体运动,则相等时间内小球竖直方向上的位,移不相等,即痕迹点1、2之间和2、3之间的竖直距离不相等,故B错误。,每经过相等时间,小球下降的高度不同,根据动能定理知,重力做功不同,动能的改变量不等,故C错误。每经过相等时间,小球速度的改变量相,同,则动量改变量相同,故D正确。,2-2某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹,簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;,弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)所示。向左推小球,使弹,簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面。通过测,量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能。,图(a),回答下列问题:,(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能,E,p,与小球抛出时的动能,E,k,相等。已知重力加速度大小为,g,。为求得,E,k,至少需要测量下列物理量,中的,ABC,(填正确答案标号)。,A.小球的质量,m,B.小球抛出点到落地点的水平距离,s,C.桌面到地面的高度,h,D.弹簧的压缩量,x,E.弹簧原长,l,0,(2)用所选取的测量值和已知量表示,E,k,得,E,k,=,。,(3)图(b)中的直线是实验测量得到的,s,-,x,图线。从理论上可推出,如果,h,不变,m,增加,s,-,x,图线的斜率会,减小,(填“增大”、“减小”或,“不变”);如果,m,不变,h,增加,s,-,x,图线的斜率会,增大,(填“增,大”、“减小”或“不变”)。由图(b)中给出的直线关系和,E,k,的表达,式可知,E,p,与,x,的,2,次方成正比。,图(b),答案,(1)ABC,(2),(3)减小增大2,解析,弹簧被压缩后的弹性势能等于小球抛出时的动能,即,E,p,=,E,k,=,m,。小球离开桌面后做平抛运动,由平抛运动规律,水平位移,s,=,v,0,t,竖直,高度,h,=,gt,2,得,v,0,=,s,动能,E,k,=,m,=,因此A、B、C正确。弹簧,的弹性势能,E,p,=,E,k,=,由理论推导可知,E,p,=,k,(,x,),2,即,k,(,x,),2,=,s,=,x,因此当,h,不变时,m,增加,其斜率减小,当,m,不变时,h,增加,其斜率,增大,由图线知,s,x,由,E,k,表达式知,E,k,s,2,则由,E,p,=,E,k,知,E,p,(,x,),2,即,E,p,与,x,的二次方成正比。,